Der Neurophysiologe diskutiert das Neuralink-Projekt und spricht über die Arbeit des Gehirns „an den Fingern“.

_{Links - Neurophysiologin Elena Belova, rechts - Roboterchirurgin Neuralink}

Im Sommer 2019 fand eine Präsentation des Neuralink-Startups statt , mit dem eine Gehirn-Maschine-Schnittstelle geschaffen werden soll. Elon Musk sagte, dass es dem Unternehmen seit seiner Gründung gelungen sei, mehrere Jahre lang zu arbeiten. Einführung eines Roboterchirurgen, flexibler Threads zum Verbinden von Chips mit dem Gehirn und effizienter Signalverarbeitungsalgorithmen. Wir haben uns mit einem Neurophysiologen getroffen, um darüber zu sprechen, was Neuralink ist: Business und Marketing oder ein echter wissenschaftlicher Durchbruch?

Elena Belova, Biochemikerin und Bioinformatikerin aus dem Bildungsbereich, Neurophysiologin und Illustratorin aus dem Beruf, leitende Forscherin am Labor für Zelluläre Neurophysiologie des Instituts für Chemische Physik, beantwortete geduldig Fragen.

Dumme Fragen wurden von Ivan Zvyagin gestellt, der mehrere populärwissenschaftliche Bücher über Gehirnfunktion und Evolution las.

_{Die Audioversion des Gesprächs befindet sich im Podcast von Habr Special. Sie können es nicht nur auf SoundCloud, sondern auch auf anderen Plattformen anhören}

Über Neuralink und seine Analoga

Was ist neu in Neuralink-Threads und -Prozessoren?

Wenn in Russland über die Computer-Gehirn-Schnittstelle gesprochen wird, kommt es meistens um einen Hut anstelle eines Joysticks und die Steuerung der Maschine mit der „Kraft des Denkens“. Und hier ist alles ernst. Musk wird die Möglichkeiten der Behandlung und Rehabilitation erweitern und wissen, wie unser Gehirn funktioniert. Das ist sehr cool.


_{Faden A ist 16-mal dünner als ein menschliches Haar}

Als Musk dieses Projekt vorstellte, erwähnte er Dinge, die bereits vor Neuralink existierten. Unter diesen Methoden - tiefe (tiefe) Hirnstimulation, auf Englisch - tiefe Hirnstimulation. Dies ist die Methode, die ich in meinem Labor mache. Es gibt auch Methoden, wenn Menschen die Schädelbox öffnen und eine Elektrode auf die Oberfläche des Gehirns legen, um Potentiale und elektrische Aktivität der Großhirnrinde aufzuzeichnen. Im ersten Fall erfassen wir tiefe subkortikale Kerne, im zweiten den Kortex. Je nachdem, was und wo wir schreiben, können unterschiedliche Aufgaben gelöst werden.

Sie haben aus Sicht des Ansatzes nichts grundlegend Neues vorgeschlagen. Dies ist genau eine Verringerung des Maßstabs, eine Erhöhung der Anzahl von Aufzeichnungsströmen und eine schnellere Verarbeitung mit der Fähigkeit, im laufenden Betrieb zu analysieren, ohne Daten an Supercomputer zu übertragen.

Was ist los mit EEG-Kappen?

Beanie ist eine sehr verbreitete Methode. Ein Elektroenzephalogramm ist eine der ersten Methoden der Hirnforschung. Das Problem ist, dass wir ein sehr schwaches und sehr verallgemeinertes Signal von der Oberfläche des [Kopfes] abschießen, das sehr schwer zu analysieren und zu interpretieren ist. Sie können es mit einem Versuch vergleichen, zu verstehen, was passiert, zum Beispiel irgendwo in der Stadt, und Licht aus dem Weltraum zu entfernen. Sehr, sehr schwaches und sehr großes Signal. Wenn irgendwo eine synchrone Aktivität einer großen Anzahl von Neuronen auftritt, werden wir dies natürlich im Elektroenzephalogramm bemerken, aber wenn empfindlichere Mechanismen von Interesse sind, dann wird aus dieser Entfernung und mit einer solchen Empfindlichkeit des Signals nichts funktionieren.

Was ist Tiefenhirnstimulation?

DBS sind sehr große und sehr invasive Stücke. Um sich vorzustellen, was es ist, stellen Sie sich vor, Sie hätten einen Kugelschreiber aufgedreht und von dort eine Stange genommen. Die Dicke und Größe der Elektrode entspricht in etwa der eines Kugelschreibers - etwa 2 mm Durchmesser. So ein großes Ding, das an der Auskleidung des Schädelknochens befestigt ist. Mit dieser Elektrode geht eine Person jahrzehntelang bis zum Tod tief im Gehirn. Diese Technik ermöglicht es ihm, die Symptome der Krankheit, mit der er nach Indikationen für eine Operation kommt, signifikant zu lindern.



Die Wartung besteht darin, die Batterien im Gerät zu wechseln. Da dies eine elektrische Stimulation ist, benötigen Sie eine Stromquelle, die ersetzt werden muss. Zwar gibt es nicht genug Miniatur und Stromversorgung für 30 bis 40 Jahre, um ersatzlos zu halten.

Ein Draht ragt aus dem Schädel einer Person heraus und wird dann von Chirurgen unter die Haut zum Brustbein geleitet, wo sie einen Stimulator einsetzen. Dies wird als sicherere Option angesehen als außerhalb des Schädels. Erstens wäre es nicht sehr schön. Und zweitens, wenn Sie plötzlich versehentlich treffen, ist der Brustbeinbereich einer der am besten geschützten Körperteile.

Diese Technologie ist fast 30 Jahre alt und mit solchen Geräten gehen Dutzende, wenn nicht Hunderttausende Menschen auf der ganzen Welt. Sie hat sich bewährt, und jetzt ist dies eine der Möglichkeiten, Menschen zu helfen, denen nichts anderes hilft - weder medizinisch noch invasiv.

Die Elektroden haben eine Beschichtung, eine Isolierung und 4 bis 12 Kontakte, abhängig von der Marke eines bestimmten Geräts und Zwecks. Sie unterscheiden sich in der Länge der aktiven Region, die stimuliert werden kann. Durch Kontakte können 30 Jahre lang eine gute Stimulationsqualität erzielt werden, es wird jedoch nicht über die Aufnahme gesprochen. Das heißt, es ist kein hoher Widerstand erforderlich, sodass Sie ein elektrisches Signal an einen kleinen Bereich senden können. Es ist nur eine Anregung.

Warum verschlechtert sich das Signal vom Gehirn zu den Elektroden mit der Zeit?

Es gibt viele Techniken, mit denen Sie ein Signal empfindlich aufnehmen können. Die Frage ist die Größe des Geräts, mit dem Sie es aufzeichnen können. Neuralink war in der Lage, Miniaturelektroden herzustellen und zu argumentieren, dass bei all seiner Miniaturgröße das Signal-Rausch-Verhältnis ausreicht, um eine gute Aufzeichnung zu erhalten. Eine andere Frage wird sein, wie lange sie diese Aufzeichnung empfangen können, ohne die Signalqualität zu beeinträchtigen, da das Gehirn biochemisch aktiv ist und den Widerstand des Sensors beeinflussen kann. Je kleiner der Sensor ist, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass etwas schief geht.

Ist Neuralink Marketing und Business oder stimmt es, dass sich die Wissenschaft weiterentwickelt?

Als Wissenschaftler sehe ich hier eine gigantische Ressource für die Grundlagenforschung.

In der Neurobilogie gibt es zwei große Bereiche. Im ersten untersuchen wir Tiere. Aber sie sind einfacher, so dass viele Experimente sehr schwierig durchzuführen sind. Nehmen wir an, ein Affe kann keine Wörter artikulieren und aussprechen, und wir wissen nicht, wie er motorische Bereiche anordnet, die während des Sprechens mit der Zunge und den Stimmbändern verbunden sind.


_{USB Nueralink Lab Rat}

Wenn wir über das Erhalten von Daten über eine Person sprechen, sind wir mit einer großen Menge subjektiver Erfahrung und sehr strengen ethischen Anforderungen und sehr schwachen Technologien konfrontiert, die für die Verwendung beim Menschen getestet und zugelassen wurden.

Um etwas über das menschliche Gehirn zu lernen, können Sie die Aufzeichnungen seiner elektrischen Aktivität verwenden, die aus medizinischen Gründen bei fast allen Operationen durchgeführt werden. Am häufigsten sprechen wir über motorische Störungen und tiefe Hirnstimulation.

Jetzt sagen sie [Neuralink], dass die Leistung ihrer Chips und die Menge der empfangenen Daten erheblich gesteigert werden. Dies ist eine sehr coole Grundlage, um etwas wirklich Interessantes zu bekommen.

Wie kann Neuralink das sich bewegende Gehirn nicht durch das Einführen einer Reihe von Fäden schädigen?

_{Für das Beeindruckbare: Das Bild ist nicht das Gehirn, sondern das Gelee, das es simuliert. Echter Roboter und Fäden}

Das Hauptproblem bei Operationen am Gehirn besteht darin, dass es von Blutgefäßen durchdrungen wird. Es ist sehr schlimm, Blutgefäße zu beschädigen. Eine Gehirnblutung ist eine sehr unangenehme Sache, die zu einem Mikroschlag oder zum Tod führen kann. Das Vermeiden von Blutgefäßen ist die erste wichtige Aufgabe, die über die Sicherheit des gesamten Verfahrens spricht. Obwohl sie nichts über Effektivität sagt.

Als nächstes stellt sich die Frage, ob diese Elektroden fixiert werden sollen. Wenn es sich um eine Tiefenstimulation handelt, wird die Elektrode direkt am Schädel befestigt - es gibt ein Bohrloch, ein Patch wird auf besondere Weise eingeschraubt und das Pad, in dem diese Elektrode absolut starr befestigt ist.

Bei flexiblen Fäden ist das nicht sehr klar. Bei Erwachsenen ist die Mobilität des Gehirns eingeschränkt. Bei kleinen Kindern kann der Durchmesser des Gehirns erheblich variieren. Ich vermute, dass in der Nähe großer Gefäße das Gehirn mehr als weit von ihnen entfernt pulsiert. Sie können jedoch versuchen, die Elektrode so zu befestigen, dass sie im selben Bereich plus oder minus liegt. Die gute Frage ist, wie weit die von Mask angebotenen Elektroden in der Nähe der Neuronen sein können, von denen aus die Aufzeichnung erfolgt.

Wenn wir [mit der DBS-Methode] elektrische Aktivität in das Gehirn einer Person schreiben, bewegt sich eine Person mit der Hand oder niest, und die Elektrodenspitze verschiebt sich nur ein wenig, und das ist alles - wir haben nur die Neuronen „gesehen“ und jetzt haben wir aufgehört. Oder im Gegenteil, es gibt kein Neuron in der Nähe der Elektrode, aber dann tut eine Person etwas, und das Neuron erscheint, und wir sehen signifikante Aktivität: Die Aktionspotentiale in der Aufzeichnung, alles ist in Ordnung.

Inwieweit diese Prozesse die Lokalisierung beeinflussen können, ist eine gute Frage, wenn die flexible Elektrode an einem bestimmten Punkt fixiert wird. Nach dem zu urteilen, was bei der Präsentation war, schreiben sie oft dasselbe Neuron aus zwei oder drei Kontakten. Diese Konfiguration ermöglicht es in diesem Fall, das Schreiben dieses Neurons von einem der Kontakte zu beenden, aber zwei weitere bleiben übrig. Mit der Dichte können Sie Informationen duplizieren.

Wenn es um große Elektroden geht, gibt es tatsächlich eine gewisse Schädigung des Gehirns in der Nähe der Elektrode und eine Zunahme des Bindegewebes. Was diese kleinen, dünneren Haare betrifft, wissen wir noch nicht, wie das Gehirn darauf reagiert. Aber je kleiner das Gerät ist, desto weniger Änderungen hängen direkt mit der Tatsache zusammen, dass es sich irgendwo in der Nähe von Nervengewebe befindet. Es besteht eine gewisse Wahrscheinlichkeit, dass die Konsequenzen der Implantation derart dünner Fäden im Vergleich zu den Möglichkeiten, die sie bieten können, vernachlässigbar sind.

Hilft Neuralink bei der direkten Interaktion mit virtuellen Objekten auf dem Bildschirm und nicht mit dem Mauszeiger?

Diese Option ist nicht ausgeschlossen. Dazu muss eine Gruppe von Neuronen innerhalb des Nervensystems isoliert werden, die die Bewegung dieses Objekts spezialisiert steuern.
Wenn eine Person in einem bestimmten Stadium der Entwicklung einer Fertigkeit den Umgang mit Werkzeugen lernt, wird sie sozusagen zu einer Erweiterung der Hände einer Person. Im motorischen Kortex erscheinen spezialisierte Neuronen, die die Feinmotorik steuern, die für die Arbeit mit einem solchen Instrument erforderlich ist. Wenn wir davon ausgehen, dass der Neuralink-Chip es Ihnen ermöglicht, das Signal von solchen Neuronen direkt zu lesen, werden die Handbewegungen nicht mehr benötigt. Wir können wahrscheinlich bestimmte Muster der Neuronenaktivität und die Bewegung des Instruments vergleichen und das Instrument steuern, das den Chip bereits verwendet.

Wenn wir uns bewegen, ist uns motorisches Feedback sehr wichtig. Innerhalb der Muskeln gibt es eine Vielzahl von sensorischen Eingaben, die anzeigen, wie angespannt der Muskel jetzt ist, wie viele Muskelsysteme angespannt sind, mit welcher Geschwindigkeit und welche Teile der Muskeln wir belasten. Wenn es um ein virtuelles Objekt geht, können wir seine Geschwindigkeit nur mit unseren Augen bewerten. Es ist nützlich, aber es ist nicht dasselbe wie Berührung.

Welche Krankheiten stoppt DBS und kann Neuralink möglicherweise dazu in der Lage sein?

Es scheint, dass die erste Krankheit, die durch Elektrostimulation des Gehirns behandelt werden kann und von der FDA zugelassen wurde, die Parkinson-Krankheit ist. Bei Menschen mit dieser Krankheit sterben Dopamin-Neuronen. Sie beginnen sich kaum zu bewegen, sie bewegen sich sehr langsam und hart, sie fangen an zu zittern.

Es gibt eine medikamentöse Therapie, und wenn sie irgendwann aufhört zu helfen (und aufhört), ist eine solche Operation angezeigt. Tatsächlich mischen wir uns ganz einfach an einem Ort ein, der den Menschen das Leben schwer macht. Ohne Stimulation tritt das Signal aus diesem Bereich einfach nicht ein, jedoch mit Interferenz, und es wird für eine Person einfacher.

Es gibt mehrere weitere motorische Störungen, die die Stimulation derselben Strukturen stoppen und auch helfen. Dies ist in erster Linie Dystonie, wenn Menschen die entgegengesetzten pathologischen Bewegungen haben: Kontraktionen bestimmter Muskeln, Zucken. Wenn in diesem Fall das Problem nicht bei den Nerven liegt, sondern beim Gehirn, kann eine solche Operation durchgeführt werden.

Die Möglichkeit, Menschen mit Depressionen, Zwangsstörungen und solchen, die näher an der emotionalen Sphäre liegen, zu helfen, wird aktiv untersucht. Derzeit handelt es sich jedoch um theoretische Studien, Testprotokolle, dh kein routinemäßiges klinisches Verfahren, sondern die Suche nach Methoden zur Exposition und Überprüfung von Aktivitäten.

Könnte Neuralink Stephen Hawking helfen?

Wenn es um Probleme mit dem motorischen System geht, gibt es zwei verschiedene Ursachen für Probleme: das Nervensystem und die Muskeln. Wenn das Problem mit den Muskeln beginnt, beginnen sich die Muskeln allmählich, meistens aufgrund der Immunantwort, abzubauen. Muskelgewebe zieht sich zusammen und es ist unmöglich, weiter zu wachsen. Dies ist kein Problem des Nervensystems, es ist ein Muskelproblem, dh Sie müssen einen weiteren Muskel aus anderen genetischen Substraten aufbauen. Und das ist eine Frage für die Gentechnik und nicht für Neuralink. Ich hoffe, dass dieses Problem eines Tages auch gelöst werden kann, aber nicht jetzt.

Über Neuroprothesen

Wie bionische Prothesen funktionieren

Alle Gehirn-Maschine-Schnittstellensysteme, mit denen gelähmte Menschen etwas bewegen können, sind folgendermaßen aufgebaut: Es gibt Maschinen, die dabei lernen, die Wünsche einer Person zu entschlüsseln. Und eine Person lernt, Signale aus dem Bereich zu senden, in dem die Aufzeichnung so klar wie möglich ist. Neuronen in der Nähe dieser Kontakte können abhängig von der Art der Aufgabe, die das Gehirn löst, neu angeordnet werden. Wenn ein bionischer Arm gestreckt und eine Tasse entnommen werden muss, beginnt das Gehirn wieder aufzubauen, auch wenn diese Neuronen ursprünglich für etwas anderes verantwortlich waren. Diese gegenseitige Anpassung, die es einer Person ermöglicht, eine bionische Hand zu bewegen, ähnelt in gewisser Weise der Art und Weise, wie sie ihre eigene Hand davor bewegt hat.

Gibt es Nervenprothesen mit Rückkopplung?

Neben Ilona Mask sind zahlreiche Spezialisten an den Problemen von Menschen beteiligt, die ihre Bewegungsfähigkeit verloren haben. Bioprothesen, Neuroprothesen entwickeln sich schnell. Technologien ermöglichen es uns, immer neue und komplexere Dinge zu tun, einschließlich des Testens von bionischen Händen mit der Fähigkeit, Feedback zu geben. Das heißt, eine Person kann mit einer bionischen Hand die Oberfläche berühren oder ein Objekt greifen, und die Sensoren von diesem geben Informationen zurück. Dort ist die Situation jedoch so, dass gesunde Nerven verbleiben und tatsächlich Sensoren des bionischen Arms an ihnen angebracht sind. Anschließend werden Informationen entlang der Nerven an das Gehirn gesendet - über die bereits vorhandenen Kanäle, die prädisponiert, vorab trainiert und gebildet werden.


Soweit ich verstanden habe, möchte Neuralink seine Geräte an zwei Orten platzieren: im motorischen und im sensorischen Kortex. Und senden Sie ein Signal direkt an die Rinde. Damit dies funktioniert, müssen Sie alles sehr gut auswählen und sehr gut testen. Jetzt haben wir eine schlechte Vorstellung davon, wie und auf welchem ​​Neuron Stimulation stattfinden soll, welches Muster, wie diese elektrischen Impulse aussehen sollen, damit die Verbindung, die das Gehirn erhält, dem entspricht, was in der realen Welt geschieht. Und wie viel das Neuron lernen kann, dass dieses Muster extern spezifiziert wird, anstatt aus dem neuronalen Netzwerk heraus erzeugt zu werden.

Kann eine Person die Prothese als einen echten Teil ihrer selbst fühlen?

Ja, er [im Laufe der Zeit] beginnt die Prothese zu fühlen. Ich habe keine solche Erfahrung und hoffe, dass ich sie nie bekommen werde, aber es scheint mir, dass es wie eine sehr, sehr taub gewordene Hand aussieht, in der die Sensibilität allmählich zurückkehrt: Es ist immer noch so schwach, immer noch schlecht, aber schon etwas da ist. Dies ist viel besser als wenn das Signal überhaupt nicht geht und die Person nicht sehen kann, was sie sieht: Die bionische Hand drückt jetzt die Flasche, so dass sie herausfällt oder bricht und bricht.

Wie lange dauert es, Feedback von einer Neuroprothese zu spüren?

Es ist sehr kontextsensitiv. Wenn es sich um eine Person handelt, deren Arm gerade amputiert wurde (z. B. wegen der Gefahr einer Blutvergiftung), ist dies die beste Option, wenn Sie sofort „lebhaft“ Sensoren an diesen Nerven anbringen und sofort Feedback geben - dies ist die beste Option. Diese Nerven sind tatsächlich noch in das Netzwerk eingebaut, und wie lange sie umgeschult werden müssen, hängt davon ab, wie gut eine Person im Prinzip trainiert ist. Es scheint mir, dass es sich um einen Zeitraum in der Größenordnung von zwei bis drei Monaten handelt, um zu lernen, wie man diese Prothese zumindest in irgendeiner Form und in der Region des Jahres verwendet - um sie bereits ohne nennenswerten Stress zu verwenden. Vielleicht irre ich mich, es gibt bisher nur sehr wenige solcher Studien, und dies sind Einzelfälle, zu denen wir keine Statistiken erstellen können.

Kann das Gehirn mit tiefen Körperverbesserungen wie in Cyberpunk 2077 fertig werden? Zum Beispiel mit einer dritten Hand oder mit dem Auge.

_{Schuss aus dem Spiel Cyberpunk 2077}

Es hängt davon ab, wie alt eine Person ist, um diese dritte Hand anzubringen. Wenn die Netzwerke aufeinander abgestimmt sind, gibt es einige kritische Fenster, in denen Neuronen Verbindungen zu anderen Strukturen in anderen Kernen finden, um einige Ziele, Aufgaben, Bewegungen und Rückkopplungsflüsse dort ständig effizient auszuführen. Wenn in dieser kritischen Phase etwas schief gelaufen ist, verliert eine Person oft einfach die Möglichkeit, beispielsweise ihre Hand zu kontrollieren, wenn ihr die Hand entzogen wird. Oder visuelle Informationen wahrnehmen und analysieren, wenn er Probleme mit der Netzhaut oder den Augen hat. Soweit wir wissen, ist es fast unmöglich, alles zurückzudrehen und die Vision eines Menschen zurückzugeben, wenn er in seiner Kindheit keine Erfahrung darin hatte, visuelle Informationen wahrzunehmen und zu verarbeiten. Vielleicht wird sich 2077 etwas ändern, aber jetzt ist dies der Fall.

Wenn Sie direkt phantasieren, wenn Sie neben Ihren beiden Händen noch vier weitere bionische Hände haben möchten, müssen Sie dies sehr, sehr früh tun - im Kindesalter. Aber hier treten viele ethische Probleme auf, weil das Kind klein ist, niemand es fragt, und es ist nicht sehr klar, was eine solche Rechtfertigung sein sollte, um über solche Einflüsse mit nicht sehr klaren Konsequenzen in der Zukunft zu entscheiden.

Über das Gehirn

Ist es möglich, die emotionale Sphäre mit Elektrizität zu beeinflussen?

Dystonie und Parkinson sind eine Verletzung der Aktivität sehr tiefer Hirnstrukturen, die für die Initiierung von Bewegung verantwortlich sind, die Wahl zwischen mehreren verschiedenen motorischen Programmen. Es gibt sehr nahe an den emotionalen Bereichen, die mit Motivation verbunden sind: eine bestimmte Bewegung auswählen und starten. In der Tat können wir, nachdem wir die Position der Elektrode leicht verschoben haben, bereits die emotionale Sphäre beeinflussen.

Es gibt Hinweise darauf, dass sich manche Menschen mit einer solchen Elektrode in der mit Emotionen und Gewohnheiten verbundenen Sphäre zu verändern beginnen. Im Allgemeinen kann die Parkinson-Krankheit dazu führen, dass eine Person zu einem pathologischen Spieler wird, der ins Casino geht, oder sie hat Episoden von pathologischer Eifersucht, Wutausbrüchen und Stimmungsschwankungen. Manchmal geschieht dies vor der Behandlung und nachdem es entfernt wurde. Es passiert umgekehrt: Bei einem Menschen war alles in Ordnung, und dann legten sie eine Elektrode an ihn und begannen, die Sphäre zu beeinflussen, die mit Impulsivität, Zwanghaftigkeit und Reaktionen verbunden ist.

Ich sagte, dass es im großen Kern von DBS verschiedene Kontakte und verschiedene Stimulationsprogramme gibt. Wir können die Häufigkeit der Belichtung ändern und feststellen, welche spezifischen Kontakte aktiv sind. Sie können die Kontakte wechseln, die Amplitude oder Frequenz der Stimulation leicht verringern - erhöhen oder verringern. Aber das ist alles Schamanismus, wenn wir durch Versuch und Irrtum versuchen zu wählen, was einem Menschen hilft, sich gut zu bewegen, und gleichzeitig sein Leben nicht kompliziert.

Gibt es eine genaue Karte des Gehirns?

Es gibt unterschiedliche Genauigkeiten. Im Gehirn gibt es verschiedene Strukturen: Kerne, die Grenzen haben, und zwischen ihnen befindet sich weiße Substanz, die tatsächlich eine Struktur mit einer anderen verbindet. Dies ist eine Ansammlung von Nervenzellen, und ein Fehler von 1 mm kann die Auswirkungen der Stimulation erheblich beeinflussen.

Wenn wir über den Kortex sprechen, sind die Dinge etwas komplizierter. Es gibt sensomotorische Bereiche, in denen es eine Topographie gibt; Es gibt Bereiche, die mit der Bewegung oder dem Gefühl von Händen, Berührungen und Schmerzsignalen verbunden sind. Beine haben; habe ein Gesicht. Und all dies ist entlang der Kortikalis markiert - sowohl sensorisch als auch motorisch - und eine Rekonfiguration dieser Bereiche ist möglich. Für diejenigen Personen, die aus irgendeinem Grund ihre Hand verlieren, kann der Bereich, der für die Verwaltung dieser Hand verantwortlich war, neu aufgebaut werden und mit einigen anderen Bereichen interagieren, z. B. mit einem Teil des Gesichts.

Wenn wir über den Kortex sprechen, müssen wir zuerst untersuchen, welche spezifische Zone und welche spezifischen Funktionen mit den Neuronen verbunden sind, die wir aufzeichnen können. Und dann schauen Sie: Können wir sie trainieren, um zu reagieren, wie wir es brauchen? Das heißt, Sie können versuchen, diese Neuronen neu zu trainieren.

Warum müssen Sie während einer Gehirnoperation bei Bewusstsein sein?

Wenn wir eine Elektrode in das Gehirn einer Person einführen, müssen wir sicherstellen, dass sie den gewünschten Effekt erzielt und keine Nebenwirkungen aufweist. Wenn Sie eine Person wecken und fragen, was sie denkt, was sie fühlt und ob sie irgendwelche Nebenwirkungen durch Stimulation hat, können Sie einen besseren Ort für die Elektrode auswählen, und es ist einfach besser, der Person zu helfen. Daher werden viele Gehirnoperationen im Kopf ausgeführt, um die Situation nicht zu verschlimmern. Wir überprüfen dabei sofort die Teststimulation. An diesem Punkt haben Wissenschaftler die Möglichkeit, wertvolle Informationen darüber zu sammeln, wie das menschliche Gehirn funktioniert und wie es funktioniert. Dies ist eine für beide Seiten vorteilhafte Sache, die sowohl dem Patienten als auch dem Wissenschaftler hilft.

Es gibt keine Schmerzrezeptoren im Gehirn - die Hauptsache ist, dass der Patient eine Analgesie auf der Oberfläche von Knochen und Haut hat. Und im Inneren ist das Maximum, das passiert, Stimulation, und eine Person hört auf, normal zu sprechen. In ihrem Mund erscheint „Brei“. Wir möchten jedoch nicht, dass eine Person mit einer Elektrode „Brei“ im Mund hat, und wir versuchen, die Elektrode so anzuordnen, dass kein Brei mehr vorhanden ist.

Verstehen Wissenschaftler zumindest etwas über abstrakte und konzeptuelle Bilder?

In den meisten Fällen zielt die biomedizinische Forschung in Bezug auf Menschen darauf ab, den Menschen zu helfen, bei denen etwas passiert ist. Und da es keine biomedizinische Aufgabe für das Studium von Abstraktionen gibt und dies eher nur Neugier ist, ergeben sich bei solchen Studien ethische Fragen. Daher ist bei Abstraktionen alles sehr kompliziert. Im Vergleich zu motorischen oder visuellen Systemen verstehen wir sie nicht gut: Was ist möglich und was nicht? Und wenn wir dorthin klettern, welche Konsequenzen kann diese Intervention haben?

Es gibt eine Geschichte über "Jennifer Aniston Neuronen" und "Holly Berry Neuronen". Manchmal ist es möglich, solche interessanten Neuronen zu finden, die auf eine bestimmte Person oder auf ein bestimmtes Bild reagieren. Dies wurde entdeckt, als Patienten mit Epilepsie überprüft wurden, wo sich die Herde befanden. Und sehr oft befinden sie sich im Temporallappen, der mit Sprache und Wahrnehmung von Bildern verbunden ist. Es scheint, als gäbe es immer noch ein Star Wars-Neuron, das nicht auf das spezifische Bild von Darth Vader reagierte, sondern auf alle Dinge, die mit Star Wars zu tun haben. Wenn wir uns vorstellen, dass wir konzeptionelle Neuronen stimulieren können, gehe ich davon aus, dass wir die Leute auch dazu bringen können, über Jennifer Aniston, Holly Berry oder Star Wars nachzudenken. Aber wir können den gleichen Namen auf die gleiche Weise sagen, und auf die gleiche Weise wird dieses Neuron erregt und es wird das gleiche sein. Warum man dafür eine Person im Gehirn besteigt, ist nicht ganz klar.

Ist es möglich, Empfindungen im Körper zu erzeugen? Sagen wir "kratzen" die Ferse.

Kommt darauf an, was mit dieser Ferse ist. Wenn ein Insekt darauf kriecht, können Sie versuchen, diesen Sinneskanal zu hämmern, darauf zu reagieren und zu sagen: [es gibt kein Insekt], jetzt klicken sie einfach hart auf diese Stelle. Sobald Sie dieses Signal entfernen, wird höchstwahrscheinlich eine direkte Reizung der Ferse erneut ein Signal geben, und die Person wird sagen: Nein, es juckt erneut.

Ist es möglich, Wörter nicht zu buchstabieren, sondern sofort zu „denken“?

Die Frage ist teilweise philosophisch. Es gibt keine Studien, die die technische Machbarkeit auf dem derzeitigen Stand belegen. Obwohl es wahrscheinlich Leute gibt, die versuchen, etwas in diesem Bereich zu tun. Es besteht beispielsweise die Möglichkeit, Signale von den Nerven zu nehmen, die zu den Stimmbändern, zur Zunge, zu den Lippen gelangen, und zu prüfen, ob wir anhand der motorischen Informationen eines Artikulationsapparats verstehen können, was eine Person sagen möchte.

Es gibt die Broca-Zone , es gibt die Wernicke-Zone , es gibt Wege zwischen ihnen, und das gesamte System ist für unser derzeitiges Verständnis sehr kompliziert. Leider ist dies die gleiche Geschichte, wenn wir wissen, wie man es kaputt macht, aber nicht wie man es repariert. Brechen ist einfacher.

Wie beherrschen Menschen die Sprache überhaupt?

Meine Vorstellungen über Sprache und wie alles im Gehirn funktioniert, wurden auf der Grundlage von Stephen Pinkers Buch Language as Instinct entwickelt. Dies ist ein ziemlich altes Buch, es wurde 2009 ins Russische übersetzt und das Original wurde 1994 veröffentlicht. Pinke fördert die Idee, dass das Beherrschen der Sprache ein Instinkt ist, dh im Gehirn gibt es ein Substrat, auf dem die Sprache gebildet wird. Darüber hinaus wissen wir, dass ein Mensch, der bis zu einem kritischen Alter außerhalb seiner Zunge lebte, dies nicht beherrschen kann. Mowgli, der bis zum Alter von 10-12 Jahren irgendwo in Indien mit Wölfen lebte, war danach einfach nicht mehr in der Lage, die Sprache als Kommunikationstechnik zu beherrschen. Es gibt kritische Fenster, und um die Sprache sehr gut zu beherrschen, müssen Sie bis zu drei Jahre im Kontext von Sprache und Kommunikation sein. Nach drei wird es schon schlimmer, aber die Person kann immer noch einfache Designs beherrschen.obwohl er höchstwahrscheinlich nicht "seine Zunge atmen" wird.

Wenn eine Frist für die Beherrschung einer Sprache feststeht, ist dies nicht sehr klar. Einzelne Merkmale können sich darauf auswirken, dass diese Fenster für einige etwas früher geschlossen werden, für andere später. Soweit ich weiß, fährt der Zug in der Region von 8 bis 9 Jahren ab.

Ist es möglich, ein Flash-Laufwerk in das Gehirn einzulegen und darauf zuzugreifen?

Das Gedächtnis ist besonders schwierig. Angesichts der Tatsache, wie viel Kraft dort bereits vergraben wurde und wie viel wir wissen, ist es sehr schwierig, alles in ein verständliches Konzept zu bringen, das erzählt werden kann.

Das Gedächtnis im Gehirn ist ein dynamisches System, in dem sich die Prozesse des Auswendiglernen und Vergessens in einem gewissen Gleichgewicht befinden und gleichzeitig auf verschiedenen Skalen liegen.

• Sie erinnern sich, dass die Nummer Ihnen diktiert wurde: Sie lesen sie sich selbst vor und tippen - dies ist ein temporärer Speicher, Sie können sich an 7 (plus oder minus zwei) Zeichen erinnern.
• , , , , .
• , . , , — .
• , . , — .

Das Gedächtnis ist ein sehr komplexes Konzept, insbesondere wenn wir über das Gehirn, das Verhalten und die Interaktion des Gehirns mit der Umwelt in allen vorhandenen Kontexten sprechen. Aber selbst wenn es um episodisches Gedächtnis und Konzepte geht, verstehen wir sehr schlecht, wie alles im Gehirn implementiert ist.

Wir haben einen Hippocampus, und innerhalb dieses Hippocampus gibt es eine Konsolidierung des Langzeitgedächtnisses. Wenn es um konditionierte Reflexe geht, können wir den Prozess der Ereignisse nur annähernd beschreiben. Wir können nichts darüber sagen, wie das Neuron Jennifer Aniston gebildet wird. Die Tatsache, dass zur Bildung des Neurons Jennifer Aniston führt, aber des Neurons Leah Akhedzhakova - nein, können wir auch nicht.

Grundsätzlich gibt es im Gehirn keine Trennung zwischen dem Informationsträger und dem Prozessor, der diese Informationen verarbeitet. Jedes Mal, wenn sich eine Person an etwas erinnert, ändert sie ein wenig das Netzwerk, in dem diese Informationen gespeichert sind. Gleichzeitig hängt das Gedächtnis sehr stark von der Tiefe der Informationsverarbeitung ab, davon, wie sehr Sie sich daran gewöhnt haben. Wie all dies mit einem Flash-Laufwerk korreliert werden kann, ist völlig unklar.

Über die Wissenschaft

Ist es für einen russischen Wissenschaftler interessant, bei Neuralink zu arbeiten?

Es wäre sicherlich sehr interessant für mich, an einem solchen Projekt zu arbeiten. Aber ich verstehe noch nicht wirklich, wie alles für sie in Bezug auf Organisation und Korrelation von technischen Fragen mit grundlegenden Fragen arrangiert wird. Weil ich die Grundlagenforschung liebe, mag ich die Fragen „wie“ und „warum“ sehr: „wie es funktioniert“ und „warum es so funktioniert“ und nicht „wie man etwas macht“ und „warum es nicht funktioniert“. Dies ist ein technisches Projekt, bei dem es sehr ehrgeizige Komplexitätsprobleme und Aufgaben gibt, die nicht gelöst werden können, ohne zu verstehen, wie all diese [Gehirnarbeit] grundlegend auf einer grundlegenden Ebene angeordnet ist.

Wie erfolgt beispielsweise die Kodierung derselben Bewegungen im Gehirn? Wenn wir über den motorischen Kortex sprechen, nennt man dies die höheren Motoneuronen, die für das Konzept der Bewegungen verantwortlich sind. Im Gehirn gibt es immer noch eine bestimmte Anzahl von motorischen Zonen, die dafür verantwortlich sind, dass das Signal den spezifischen Muskel entlang des Nervs erreicht. Sie befinden sich in der Großhirnrinde mit einem Übergang zum Rückenmark. Dort wird bereits ein Signal speziell an einen bestimmten Muskel gesendet: um einen Finger an einer 45º-Phalanx zu beugen.

Im Kortex selbst wird ein Konzept implementiert. Und wie sieht dieses Konzept aus, in welcher Beziehung stehen diese vielen widersprüchlichen Darstellungen und Motorprogramme? All diese Maschinen sind uns nur theoretisch bekannt. Wie dies alles umgesetzt wird und welche Lösungen für so viele technische Probleme im Gehirn möglich sind, ist eine sehr interessante Frage.

Kann die russische Wissenschaft Neuralink etwas bieten?

Wir haben die Neurobiologie nicht so sehr entwickelt, es gibt nicht viele neurobiologische Labors. Und das große Problem ist, dass die Ausrüstung fast jedes Labors an die Ausrüstung eines amerikanischen oder europäischen Labors verliert. Unsere materielle und technische Basis ist oft wesentlich schwächer.

Ich würde sagen, dass Europa und Russland stark in Konzepten sind, wir haben viele, die sich mit Theorie befassen. Amerika ist stark in angewandten Dingen, sie können Ideen und Konzepte in ein funktionierendes Produkt umsetzen, das verkauft, kapitalisiert, auf den Markt gebracht, ausgetauscht und das ist alles. Sie sind finanzielle Genies.

Gleichzeitig scheint es mir, dass der Strom von Wissenschaftlern in den USA rekrutiert wird, meistens aus Indien, China und Europa. Sie haben natürlich eine sehr junge Nation, Wissenschaftler der 4. bis 5. Generation von Amerikanern, ich weiß nicht viel. Fast alle Amerikaner, die kommen, sind [ethnische] Chinesen, Koreaner, Inder, Iren.

Wir, Russland, haben einen Vorteil. Es gibt keine so ernsthaften Ethikkommissionen. Um eine Studie in Europa oder den USA durchzuführen, muss sie in der Anfangsphase in zehntausend Behörden koordiniert werden. Und bei uns ist es viel einfacher zu organisieren. Wir haben weit weniger Institutionen, die sich mit der Einhaltung von Rechten in jedem letzten Komma und Kringel befassen - der von Tieren, der von Menschen. Ich weiß nicht, wie gut oder schlecht es ist, aber für die Wissenschaft ist dies dennoch ein Bonus. Denn was in Europa aus Sicht der experimentellen Forschung schwierig und sehr teuer durchzuführen ist, ist in Russland viel einfacher zu organisieren.

Der zweite Punkt ist die theoretische Arbeit: Konzepte, Ideen überprüfen, mit offenen Datenbanken arbeiten und Ideen im Format überprüfen: „Wir hatten eine so großartige Idee, wir haben uns angesehen, was wir in der Welt gemacht haben und basierend auf den Daten, die wir nicht gesammelt haben. fand so eine interessante Sache. "

Wie gehen Tierversuche normalerweise zum Menschen?

Um auch an Tieren experimentieren zu können, benötigen Sie die Genehmigung der Kommission. Fast jede akademische Einrichtung hat eine Ethikkommission. Dies gilt auch für Mäuse. Ich weiß nichts über Drosophila, aber es scheint mir, dass bei Fliegen und kleinen Würmern Caenorhabditis elegans noch keine Provisionen erforderlich sind, um Experimente mit ihnen durchzuführen. Wenn Sie jedoch eine Elektrode in das Gehirn einer Maus oder Ratte einführen und sehen möchten, wie sie sich anfühlt, benötigen Sie die Genehmigung der Kommission.

Sie müssen nachweisen, dass Sie bereit sind, diese Studien durchzuführen, und dass Sie sie benötigen. Das heißt, es gibt keine anderen Möglichkeiten, um die benötigten Informationen zu erhalten. Sie überprüfen und sammeln Daten darüber, wie sicher es ist, ob es irgendeine Art von Entzündung oder etwas anderes verursacht. Es ist klar, dass Sie sich nicht zu 100% versichern können, aber Sie sollten einige Gründe haben: Was werden Sie tun, was kann schief gehen. Die Kommission prüft die Argumente und entscheidet, dass die Studie in dieser Form genehmigt werden kann.

Die Kommission besteht aus Ärzten - genau denselben Wissenschaftskollegen, die sich an bestimmten Prinzipien orientieren: ob das Tier leiden wird, wie viel dieses Leiden notwendig ist, ob es reduziert werden kann. Jede Operation an einem Tier ist für ihn im Allgemeinen keine sehr angenehme Erfahrung. Wir können nicht fragen, aber wir raten.

Wenn es um Menschen geht, werden die Dinge komplizierter. Die Kommission ist nicht mehr nur intern, insbesondere wenn es um innovative Forschung geht. Dieselbe FDA setzt sich für die Berücksichtigung von Technologie und Medikamenten ein: alles über Menschen und ihre Gesundheit sowie für die Bewertung von Risiken. Ist es möglich, diese Studie spezifisch in der Form durchzuführen, in der sie vorliegt? Werden genügend Informationen über Tiere gesammelt?

Je nachdem, was getestet wird, beginnt manchmal alles mit gesunden Freiwilligen, die in einer begrenzten Konzentration von Medikamenten getestet werden. Manchmal, wenn es um schwere Krankheiten geht und eine gesunde Person nichts überprüfen kann, werden Menschen mit einer Verletzung in die Gruppe aufgenommen. Zum Beispiel mit einem Bruch der Wirbelsäule, der zu einer Lähmung der Arme und Beine führte. Oder Krebspatienten - Chemotherapie wird oft am Menschen getestet, weil dies ihre einzige Überlebenschance ist. In diesem Fall ist es viel einfacher, eine Genehmigung und Erlaubnis zu erhalten, selbst wenn Zweifel bestehen, dass dies völlig sicher ist.

Was lesen Sie über Wissenschaft und Gehirn, wenn Sie kein Wissenschaftler sind, aber daran interessiert sind?

Es scheint mir, dass die Bekanntschaft mit dem Thema mit Eugenia Timonova und „Alles ist wie Tiere“ beginnt. Dann gehen die Leute durch den Trichter zur Buchreihe „Elemente“. Und wenn Sie bereits alles in den „Elementen“ verstehen und fortfahren möchten, können Sie auf die Biomolecule- Website gehen - dies ist eine populärwissenschaftliche Website für diejenigen, die alle Details verstehen möchten. Es gibt Artikel über Neuroprothetik und im Herbst wird es einen Artikel über Neuralink geben - darüber, wie alles dort angeordnet ist und wofür es ist. Darüber hinaus gibt es viele Materialien zu Molekularbiologie, Genetik, Biochemie, Neurobiologie und medizinisch angewandten Dingen. Zum Beispiel über die Zukunft von Cochlea-Implantaten.